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1、百变投石机教学案例活动目的：在活动中能以人为本，进行需求调查，学会倾听与分析，培养沟通能力。能运用变一变的创新技法，改变投石机的用途、大小、结构、材料等进行创新设计。动手实践，完成“百变投石机”的设计与制作，培养工程思维 在实践中能够找到发现问题，能针对遇到的问题调整与改进活动年级：六年级至七年级主题背景：空中课堂开学啦，学生们因为防疫停留在家中，如何让学生在课程中培养创新思维与动手能力，基于STEM融入综合实践活动的课程理念，充分吸引了学生的兴趣和参与，我们设计了创客空间主题，百变投石机是其中的一个活动。课程中我们从投石机的新用途进行导入，期望学生能用的投石机在家庭中开展趣味游戏，丰富人们的
2、居家生活，缓解压力，让学生真正的将项目制作应用于生活中。一、情境导入教师通过情境创设给出任务或项目的简介。教师导入：今年新冠病毒，为了防疫抗疫，同学们和家人待在家里不能外出，过了一个特别的春节。人们为了自娱自乐，丰富生活，开发了很多亲子互动游戏，如在家套圈圈、在家打乒乓球、在家学虫爬、家庭表演游击战等等，这些趣味游戏让居家生活变得多彩起来。请学生一起来设计与制作 “百变投石机”，丰富人们的居家生活，缓解压力，给爸爸妈妈带来不一样快乐。二、调查需求，明确任务为了让学生在活动中培养创新思维，在活动设计中教师不应只是对投石机做简单的模仿，而应基于设计思维，将STEM融入综合实践活动，因此，教师引导学
3、生展开需求调查，根据调查数据，明确任务。1.调查需求在设计活动开展之前，通常学生要以实地考察、问卷调查与访谈的活动方式 ，了解人们对“项目”的需求。需要学生学会“观察、倾听、了解”，即“以人为本来设计”，而通过采访让学生更高效地收集自己想要的信息。本活动中教师以对话的方式引导学生谁使用投石机？他的需求是什么？ 具体有什么要求？投石机有哪些特征？可能需要准备哪些材料？需要怎样的场地以及关键原理是什么？ 完成该项目的具体时间规划，重要的时间节点是何时？教师为了引导学生进行创意思考，展示了投石机在古代战争电影或游戏中的视频，提出相关的探索问题：我们在家制作投石机，能否复制？能否像古代投石机那么大？能
4、否投石呢？我们的投石机应该是怎样的？在教学中教师引导学生应用“变一变”的创新技法，请学生改变投石机的用途、变一变材料、变一变原理等方式，点燃学生的求知欲。其一，引导学生提出投石机用途的创新，如玩打奖品的游戏、投射糖果、抛毛球给小狗、玩打沙包游戏、发射羽毛球进行训练；趣味投蓝赛；可以拓展为社区服务等等。其二，调查人们对投石机的具体需求，如安全性注意投石的质量，注意其材质，不能太硬、易碎、太重等等。要根据场地的大小来设计其投掷长度如3米、1米等等。其三，对投石机提出更具体的要求，比如说要用家里常用的工具材料完成、投中的目标有多大，要安全、稳定，投得准。如学生这样表述他们的定义：“在调查中我们发现9
5、5%的家长认为项目安全性排在第一，因此，最好投射乒乓球、纸球等，质量较轻不伤人的物品；62%的家长认为应与知识相关联，尽可能自己设计； 76%的家长愿意与孩子一起进行这项亲子活动；57%家里能提供2米的区域进行投射；投射的用途多样化、材料的选择是筷子、铅笔、PVC管、纸板等”，这些数据让活动变得生动多样化起来。由这些具体的要求，决定投石车的材料与结构等等。2.明确任务通过调查了解需求后，教师在教学中引导学生专注于数据或趋势，提炼出解决的问题。根据学生们在调查与文献收集中获得相关的数据，设定标准。 教师引导学生思考：“我们将怎样做投石机呢？用什么结构材料？能不能借鉴古人的智慧？ ”教师出示古代投
6、石机，如人力、重力、扭力投石机。解释扭力投石机的原理是 ：“物体发生弹性形变。具有弹性势能，斜向上抛出后，势能转化为动能和重力势能。”从而引导学生思考：“家中有哪些物品较好发生形变？”学生思考后说出橡皮筋、弹簧、晾衣夹、飞羽夹等物品，这些物品都能做为投石机的动力来源。教师出示古代人力投石机图，提问“投石机还应用到什么原理？”学生们能说出杠杆原理，并请学生分析石头被投射出去的原因是什么？ 引导学生得出结论：人们把石头放入右端的投石篮中，然后松手，石头就被抛出去了，这是因为右端石头的重力与阻力臂的乘积小于左端橡皮筋拉力与动力臂的乘积，杠杆无法保持平衡。我们可以采用杠杆原理，利用杆的摆动进行投石，杆
7、摆动的动力来自橡皮筋、或其它产生形变的物体，也可来自于人力或重力。三、创意构思教师引导学生从不同角度展开发散思维，展开天马行空式的构思专属的投石机，并画出创意草图。学生展示草图，发现学生主要采用“直接用手控制杆的释放”，其中学生着重说明其用途、材料、支架结构、橡皮筋位置、支点位置、投石篮位置等。教师在这个过程中主要通过通过“发散”“筛选”“聚合与细化”，将发散的思法转化为一个具体详实、条理清晰的规划，以此来搭建设计模型。在教学中过程中，教师重点与难点在于关注与引导学生思考：学生们提出的哪些想法最有可行？哪个想法最具有原创性？这其中有没有前人已经实践过了的想法？哪个想法最能解决问题，为什么？哪些
8、想法最为相似，可以相互整合？ 这些想法有何趋势？ 画出你的作品草图，清晰地介绍作品的工作原理绘制草图时用箭头、线条或其他标注，使人们了解作品。A图B图C图四、动手制作作品 综合实践活动过程中，最难的是让学生真正投入任务，去解决某个复杂问题。在动手制作的过程中，学生会发现很多棘手的问题随着实践接踵而来。为了帮助学生更有效的完成作品，教师需设计任务单与“投石机制作阅读指南”。案例百变投石机1.0任务单制作一个发射得又远又准投石机。1制作步聚：支架搭建、安装杠杆支点 、安装橡皮筋 、安装投石篮2.在制作过程中大家发现了什么问题 ？创造没有捷径，面对巨大的挑战，学生如果不能正确应对，会无所适从、挫败等
9、情绪。因此，教师要进行良好的结构化项目设计，从“创意构思”到运用“技术手段”帮助学生搭建学习脚手架。在课程实施过程中，针对不同的学生发放，准备好相应的“投石机制作阅读指南”，用以陪伴与帮助学困生，使他们也能在模仿的基础上加上改进，从而能持之以恒地完成任务，即在活动中因材施教，帮助学生跳一跳摘苹果，这是活动过程指导中的重点也是难点。五、 调测与优化学生初步完成作品后，很兴奋地试运行，即测试。此时，教师指导的目标是变成了一种持续的微循环，即引导学生不断发现作品的优缺点，然后进行改进。比如投石车摇摇晃晃地将小糖果投进行了小桶，成功了的喜悦会让学生开心尖叫。也有的小组结果很让学生失望，甚至团队崩溃，这
10、个时候教师引入批判性思维，教学用以“产品迭代”的思维进行教学。即在测试中肯定学生原创作品为1.0，肯定学生此投入的时间、精力、问题发现以及未来的创新，给学生充分的鼓励。同时强调，所有伟大的产品都要经过多次迭代才能最终成功，其后再进入作品2.0的微循环中。案例：百变投石机2.0任务单1.初玩投石机，说一说感受并做出相应调整。 如在规定的起点，尝试将糖果投进指定区域，展示记录投射的具体情况的列表。2. 在测试过程中发现了什么问题？改变一个变量，做出优化尝试，并记录。如增加橡皮筋数量、改变支点位置、改变杠杆的长度、改变结构等等。3.探究投射的距离与弹力大小的关系，运用数据来说明。4.探究投射的精准度
11、与什么因素有关，你是如何进行调整的？学生在调测过程中发现：A设计中用木棍制作的支架为四边形结构，不稳定。应改为加入木棍使其成为稳定的三角形结构。C设计中用铅笔制作支架，不稳定，因改为三角形结构。有同学发现：用力大，橡皮筋伸长的长度长，弹力就大，投射的距离就远。还有同学回答说，改变用力的大小，杠杆的支点，杠杆的长度、橡皮筋缠绕的圈数等方法，可以改变投射的精准度。六、分享评价与活动拓展在百变投石机一课中教师采用了多元动态评价。根据项目流程，设计关键点（如方案设计、原型构建、数据展示、团队创新等），着眼于学生类型的差异与集体思维的流向，如同伴们是怎样想的？怎样做的？为什么这样做？他们在应对问题时，是
12、如何进行决策的？是否为小组做出贡献？是否在过程中能补充、 修正对知识的理解？能否将全班讨论与教师点拨有机结合？面对新问题、新想法是如何决策的？从而运用同伴之间交流，见解交互作用，让学生们独特的见解、得以显现，潜移默化地获得群体性的知识建构，形成促进自身的学习与发展的场域。 展示过程中，许多同学在家中与家人们玩起了投石机比赛。如有同学自主探究了解投石最高点与抛物距离的关系，理解抛物线的运行轨迹，加长的力臂上制作了两个投石篮，玩出的新花样。最后，教师请学生们继续挖掘制作更多有趣的百变投石机，如“不能直接用手控制杆的释放”、设计一个投弹装置，让投石机有用不完的子弹等等。评价内容评价结果自我评价同学评价老师评价能在活动中不断拓宽科学创新视角，对活动充满好奇心。优良中优良中优良中在需求调查中能主动沟通，选择与确定信息，并分析数据。 优良中优良中优良中大胆想象，提出符合设计原则，且具有一定创造性、实践性强的构思方案，并能解释方案。优良中优良中优良中能根据方案，创制出独特的“百变投石机”作品，该作品运行稳定、功能正常。优良中优良中优良中乐于交流，尊重他人，并能对其它小组的“百变投石”作品提出合理化建议。优良中优良中优良中在调测过程，积极思考，不断优化，解决问题，体现出批判质疑的精神。优良中优良中优良中关注项目的精确度、准确度及创意，并与同学们分享。优良中优良中优良中综合评价